பாய்ல் விதி, சார்லஸ் விதி மற்றும் ஜி. லுசாக் விதி

பாய்ல் விதி, சார்லஸ் விதி மற்றும் ஜி. லுசாக் விதி

பாய்லின் விதி

ராபர்ட் பாயில் (1627–1691) வாயுவின் அழுத்தம் மற்றும் கனஅளவிற்கு இடையேயான அளவுசார் உறவை ஆராய்வதற்காக சோதனைகளை நடத்தினார். இந்தச் சோதனையில், ஒரு குறிப்பிட்ட அளவு வாயு ஒரு மூடிய கொள்கலனில் வைக்கப்பட்டது. ஏறக்குறைய ஒரு நல்ல தோராயமாக, வாயுவின் வெப்பநிலை மாறாமல் வைக்கப்பட்டால், வாயுவின் அழுத்தம் அதிகரிக்கும்போது, ​​வாயுவின் கனஅளவு குறைகிறது என்பதைக் கண்டறிந்தார். இதற்கு நேர்மாறாக, வாயுவின் அழுத்தம் குறையும்போது, ​​வாயுவின் கனஅளவு அதிகரிக்கிறது. வாயுவின் அழுத்தம், வாயுவின் கனஅளவிற்கு நேர்மாறு விகிதத்தில் உள்ளது. இந்த உறவு பாயில் விதி என்று அழைக்கப்படுகிறது . கணிதரீதியாக:

பாயில் விதியை இவ்வாறும் எழுதலாம்:

PV = மாறிலி → சமன்பாடு 1

P ₁ V ₁ = P ₂ V ₂ → சமன்பாடு 2

சமன்பாடு 1-இன் பொருள் என்னவென்றால், ஒரு மாறாத வெப்பநிலையில் (T), வாயுவின் அழுத்தம் (P) மாறினால், வாயுவின் கன அளவும் (V) மாறும், அதனால் அழுத்தம் மற்றும் கன அளவின் பெருக்கற்பலன் எப்போதும் மாறிலியாக இருக்கும். வாயுவின் அழுத்தம் அதிகரித்தால், வாயுவின் கன அளவு குறையும் அல்லது இதற்கு நேர்மாறாக, வாயுவின் அழுத்தம் குறைந்தால், வாயுவின் கன அளவு அதிகரிக்கும், அதனால் அழுத்தம் மற்றும் கன அளவின் பெருக்கற்பலன் எப்போதும் மாறிலியாக இருக்கும்.

கனஅளவுக்கும் அழுத்தத்திற்கும் இடையிலான தொடர்பைக் காட்டும் வரைபடம் கீழே உள்ளதைப் போல இருக்கும். ராபர்ட் பாயில் தனது சோதனைகளின் அடிப்படையில், வாயுவின் கனஅளவு ஒழுங்கற்ற முறையில் மாறுவதால், வரைபடத்தில் உள்ள கோடு வளைந்ததாகத் தோன்றுகிறது என்பதைக் கண்டறிந்தார். வரைபடத்தில் காட்டப்பட்டுள்ள அழுத்தம் என்பது முழுமையான அழுத்தம் ஆகும், அளவீட்டு அழுத்தம் அல்ல.

சார்லஸின் சட்டம்

ராபர்ட் பாயில் கன அளவுக்கும் அழுத்தத்திற்கும் இடையிலான தொடர்பைக் கண்டுபிடித்து நூறு ஆண்டுகளுக்குப் பிறகு, பிரெஞ்சு விஞ்ஞானி ஜாக் சார்லஸ் (1746–1823) வெப்பநிலைக்கும் வாயுவின் கன அளவுக்கும் இடையிலான தொடர்பை ஆராய்ந்தார். தனது சோதனைகளின் அடிப்படையில், வாயுவின் அழுத்தம் மாறாமல் இருந்தால், வாயுவின் வெப்பநிலை அதிகரிக்கும்போது அதன் கன அளவும் அதிகரிக்கிறது என்பதையும், இதற்கு நேர்மாறாக, வாயுவின் வெப்பநிலை குறையும்போது அதன் கன அளவும் குறைகிறது என்பதையும் அவர் கண்டுபிடித்தார்.

வெப்பநிலை மாற்றங்களால் வாயுவின் கன அளவில் சீரான மாற்றங்கள் ஏற்படுவதால், இந்த வரைபடத்தின் கோடு நேராகத் தெரிகிறது. வரைபடத்தின் கோடு குறைந்த வெப்பநிலையில் வரையப்பட்டிருந்தால், அது அச்சைச் சுமார் -273 ^° C இல் வெட்டியிருக்கும்.

மேற்கொள்ளப்பட்ட பல சோதனைகளின் அடிப்படையில், ஒவ்வொரு வாயுவின் கன அளவு மாற்றத்தின் அளவு வேறுபட்டிருந்தாலும், V-T வரைபடத்தில் ஒரு குறைந்த வெப்பநிலைக்கு கோடு வரையப்படும்போது, ​​அந்தக் கோடு எப்போதும் அச்சை சுமார் -273 ^{° C இல் வெட்டுகிறது என்பது கண்டறியப்பட்டது. வாயுவை -273 °} C வரை குளிர்வித்தால் , வாயுவின் கன அளவு = 0 என்று நாம் கூறலாம் . வாயுவை மீண்டும் அதன் வெப்பநிலை -273 ^° C க்கும் கீழே செல்லும் வரை குளிர்வித்தால், வாயுவின் கன அளவு ஒரு எதிர்மறை மதிப்பைக் கொண்டிருக்கும், இது சாத்தியமற்ற ஒன்றாகும்.

எனவே -273 ^oC என்பது அடையக்கூடிய மிகக் குறைந்த வெப்பநிலை ஆகும். ஏனெனில், அந்தக் கோடு அச்சைச் சுமார் -273 இல் வெட்டுகிறது. ^oபின்னர் பரஸ்பர உடன்படிக்கையின்படி, அடையக்கூடிய மிகக்குறைந்த வெப்பநிலை -273,15 எனத் தீர்மானிக்கப்பட்டது. ^oசி. ‐273,15 ^oC என்பது தனிச்சூனிய வெப்பநிலை என்று அழைக்கப்படுகிறது, மேலும் இது கெல்வின் அளவுகோல் என்றும் அறியப்படும் தனி அளவுகோலுக்கு ஒரு குறிப்பாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. கெல்வின் என்பது பிரிட்டிஷ் இயற்பியலாளரான லார்ட் கெல்வின் (1824–1907) என்பவரின் நினைவாகப் பெயரிடப்பட்டது. இந்த அளவுகோலில், வெப்பநிலை கெல்வின் பாகைகளில் (டிகிரி கெல்வின்) அல்லாமல், கெல்வின் (K) அலகில் வெளிப்படுத்தப்படுகிறது.^oK). பாகைகளுக்கு இடையிலான தூரம் செல்சியஸ் அளவுகோலில் உள்ளதைப் போன்றது. 0 K = ‐273,15 ^oC மற்றும் 273,15 K = 0 ^oC.

செல்சியஸ் அளவுகோலில் உள்ள வெப்பநிலையை கெல்வின் அளவுகோலுக்கு மாற்ற, அதனுடன் 273,15-ஐக் கூட்ட வேண்டும்; கெல்வின் அளவுகோலில் உள்ள வெப்பநிலையை செல்சியஸ் அளவுகோலுக்கு மாற்ற, அதிலிருந்து 273,15-ஐக் கழிக்க வேண்டும். கணிதரீதியாக:

T (K) = T ( ^o C) + 273,15

T ( ^o C) = T (K) ‐ 273,15

தகவல்:

T = வெப்பநிலை

கே = கெல்வின்

C = செல்சியஸ்

வெப்பநிலை கெல்வின் அளவுகோலில் குறிப்பிடப்பட்டால், மேலே உள்ள வரைபடம் கீழே உள்ள படத்தைப் போல தோற்றமளிக்கும்.

இந்த வரைபடத்தின் அடிப்படையில், மாறா அழுத்தத்தில், வாயுவின் கனஅளவு எப்போதும் அதன் தனி வெப்பநிலைக்கு நேர் விகிதத்தில் இருக்கும் என்று முடிவு செய்யலாம். ஒரு வாயுவின் தனி வெப்பநிலை அதிகரித்தால், அதன் கனஅளவும் அதிகரிக்கும்; இதற்கு நேர்மாறாக, ஒரு வாயுவின் தனி வெப்பநிலை குறைந்தால், அதன் கனஅளவும் குறையும். இந்தத் தொடர்பு சார்லஸ் விதி என்று அழைக்கப்படுகிறது. கணிதரீதியாக, இது பின்வருமாறு எழுதப்படுகிறது:

கன அளவு ∝ வெப்பநிலை → மாறா அழுத்தம்

V ∝ T → P மாறிலி

சார்லஸின் விதியை இவ்வாறும் எழுதலாம்:

சமன்பாடு 1-இன் பொருள் என்னவென்றால், மாறாத அழுத்தத்தில் (P), வாயுவின் தனி வெப்பநிலை (T) மாறினால், வாயுவின் கன அளவும் (V) மாறும், அதனால் தனி வெப்பநிலைக்கும் கன அளவுக்கும் இடையிலான ஒப்பீட்டு முடிவு எப்போதும் மாறாமல் இருக்கும். வாயுவின் தனி வெப்பநிலை அதிகரித்தால், வாயுவின் கன அளவும் அதிகரிக்கும், அல்லது இதற்கு நேர்மாறாக, வாயுவின் தனி வெப்பநிலை குறைந்தால், வாயுவின் கன அளவும் குறையும், அதனால் வெப்பநிலைக்கும் கன அளவுக்கும் இடையிலான ஒப்பீட்டு முடிவு எப்போதும் மாறாமல் இருக்கும். ஒரு வாயுவின் தனி வெப்பநிலை என்பது, கெல்வின் அளவுகோலில் வெளிப்படுத்தப்படும் வாயுவின் வெப்பநிலையாகும். வெப்பநிலை இன்னும் செல்சியஸ் அளவுகோலில் இருந்தால், முதலில் அதை கெல்வின் அளவுகோலுக்கு மாற்றவும்.

கே-லுசாக்கின் விதி

ஜோசப் கே-லுசாக் (1778–1850) ஒரு சோதனையை நடத்தி, ஒரு வாயுவின் கனஅளவு மாறாமல் இருக்கும்போது, ​​வாயுவின் அழுத்தம் அதிகரிக்கும்போது, ​​அந்த வாயுவின் தனி வெப்பநிலையும் அதிகரிக்கிறது என்பதைக் கண்டுபிடித்தார். இதற்கு நேர்மாறாக, வாயுவின் அழுத்தம் குறையும்போது, ​​வாயுவின் தனி வெப்பநிலையும் குறைகிறது. மாறாத கனஅளவில், வாயுவின் அழுத்தம் அதன் தனி வெப்பநிலைக்கு நேர் விகிதத்தில் இருக்கும். இந்தத் தொடர்பு கே-லுசாக் விதி என்று அழைக்கப்படுகிறது. கணிதரீதியாக:

அழுத்தம் ∝ வெப்பநிலை → மாறா கனஅளவு

P ∝ T → V மாறிலி

கே-லுசாக்கின் விதியை இவ்வாறு எழுதலாம்:

சமன்பாடு 1-இன் பொருள் என்னவென்றால், மாறாத கனஅளவில் (V), வாயுவின் அழுத்தம் (P) மாறினால், வாயுவின் தனி வெப்பநிலையும் (T) மாறும், அதனால் அழுத்தத்திற்கும் தனி வெப்பநிலைக்கும் இடையிலான ஒப்பீட்டு முடிவு மாறிலியாக இருக்கும். வேறுவிதமாகக் கூறினால், வாயுவின் அழுத்தம் அதிகரித்தால், வாயுவின் தனி வெப்பநிலையும் அதிகரிக்கும், அல்லது இதற்கு நேர்மாறாக, வாயுவின் அழுத்தம் குறைந்தால், வாயுவின் தனி வெப்பநிலையும் குறையும், அதனால் அழுத்தத்திற்கும் வெப்பநிலைக்கும் இடையிலான ஒப்பீடு எப்போதும் மாறிலியாக இருக்கும்.

ஒரு வாயுவின் தனி வெப்பநிலை என்பது, அந்த வாயுவின் வெப்பநிலையை கெல்வின் அளவுகோலில் குறிப்பிடுவதாகும். வெப்பநிலை இன்னும் செல்சியஸ் அளவுகோலில் இருந்தால், முதலில் அதை கெல்வின் அளவுகோலுக்கு மாற்றவும்.

வாயுவின் அழுத்தம் மற்றும் அடர்த்தி மிக அதிகமாக இல்லாத பட்சத்தில், பாயில் விதி, சார்லஸ் விதி மற்றும் கே-லுசாக் விதி ஆகியவை துல்லியமான முடிவுகளைத் தருகின்றன என்பதைக் கவனத்தில் கொள்ள வேண்டும். மேலும், இந்த மூன்று விதிகளும், அவற்றின் கொதிநிலைக்கு அருகில் இல்லாத வெப்பநிலைகளைக் கொண்ட வாயுக்களுக்கு மட்டுமே பொருந்தும்.

இந்த உண்மையின் அடிப்படையில், பாயில் விதி, சார்லஸ் விதி மற்றும் கே-லுசாக் விதி ஆகியவற்றை எல்லா வாயு நிலைகளுக்கும் பயன்படுத்த முடியாது என்று முடிவு செய்யலாம். அவற்றை எல்லா உண்மையான வாயு நிலைகளுக்கும் பயன்படுத்த முடியாததால், நமக்கு இலட்சிய வாயு அல்லது ஒரு முழுமையான வாயு என்ற கருத்து தேவைப்படுகிறது. இந்த இலட்சிய வாயு அன்றாட வாழ்வில் இருப்பதில்லை. இலட்சிய வாயு என்பது, ஒரு திடப்பொருள் மற்றும் இலட்சிய பாய்மம் போன்ற கருத்துக்களைப் போலவே, ஒரு இலட்சிய மாதிரி மட்டுமே. எனவே, மேலே உள்ள மூன்று வாயு விதிகளும் எல்லா இலட்சிய வாயு நிலைகளிலும் பொருந்தும் என்று நாம் கருதுகிறோம்.

வாயு விதி கணக்குகளைத் தீர்க்கும்போது, ​​வெப்பநிலையை கெல்வின் அளவுகோலில் குறிப்பிட வேண்டும். வாயு அழுத்தம் இன்னும் அளவிடும் அழுத்தமாக இருந்தால், முதலில் அதை முழுமையான அழுத்தமாக மாற்றவும். முழுமையான அழுத்தம் = வளிமண்டல அழுத்தம் + அளவீட்டு அழுத்தம் r.